Çarpışan Kara Delikler Nasıl Işık Saçıyor?
2019’da yaklaşık 50 Güneş kütleli iki kara delik şiddetle çarpışarak uzaya parlak bir ışık yaydı. Çarpışmanın yol açtığı kütleçekim dalgalarını LIGO gözlemevi tespit etti ve ışığını yer teleskopları gördü. Oysa kara delikler ışık saçmaz. Kara deliklerden kaçış hızı ışık hızını aştığı için ışık bile kara delikten çıkamaz ki kara delikler bu yüzden karanlıktır. Hiçbir şey ışıktan hızlı gidemeyeceğine göre çarpışan kara delikler nasıl ışık saçıyor? Astrofizikçiler kara delikleri görmenin yeni bir yolunu buldular.
En parlak Kara Delikler
Kara delikler gerçek anlamda cisim değil, ışığın bile içinden kaçamadığı çarpık uzay-zaman bölgeleridir. Bu yüzden çarpışmaktan ziyade birleşir ve bu sırada uzay-zamanı dalgalandıran şiddetli kütleçekim dalgaları yayarlar. LIGO kütleçekim dalgaları gözlemevi 5 yıldır kara delik birleşmesi ve nötron yıldızı çarpışmalarından kaynaklanan çok sayıda kütleçekim dalgası saptadı.
Ancak, 21 Mayıs 2019’da sıra dışı bir şey yaşandı: 12,81 milyar ışık yılı gibi rekor bir uzaklıkta yaklaşık 50 Güneş kütleli iki kara delik birleşerek 100 Güneş kütleli yeni bir kara delik üretti. LIGO bunu tespit ederken NASA’nın Fermi X-ışını uzay teleskopu da beklenmedik şekilde zayıf bir gama ışını sinyali algıladı. Üstelik zayıf gama ışınları sadece 0,4 saniye gecikmeyle uzak geçmişte kara delik birleşmesi gerçekleşen bölgeden geliyordu! Peki çarpışan kara delikler nasıl ışık saçabilir? 😮
Bunun için bilim tarihine göz atalım: Kütleçekim dalgaları gözlemevi LIGO, 2015 yılında biri 36 ve diğeri 29 Güneş kütlesinde olan iki kara deliğin birleşerek daha büyük bir kara delik üretmesini gözlemledi. Aradan geçen 5 yılda LIGO’nun hassasiyeti artırıldı ve İtalya’daki Virgo kütleçekim dalgaları gözlemeviyle çalışarak çok daha duyarlı olması sağlandı.
Böylece gözlem portföyümüze 50 kara delik birleşmesi ekledik ama 2019 Mayısına dek birleşmelerden gelen tek bir ışık sinyali görmemiştik. Bırakın gama ışınlarını, X-ışınları ve radyo dalgalarını bile görmedik. Oysa bilim insanları geçen yıl gerçekleşen kara delik birleşmesinin verilerini şimdi açıkladılar ve biz de ışık saçan kara delikler listesine yenilerini eklemiş olduk. Şimdi diyeceksiniz ki “Hocam kara delikler ışık saçmaz.” Aslında saçar ama şöyle:
İlgili yazı: Planck Uzunluğu nedir ve Neden En Kısa Uzunluk?
Çarpışan kara delikler ve ışık kaynakları
Yıldızlar ışık saçar ve gezegenler yıldız ışığını yansıtır. Ölü yıldız çekirdekleri olan beyaz cüceler çarpışarak Tip Ia süpernova patlaması üretirler. Süpernovalar galaksiden daha parlak olabilir! Nötron yıldızları çarpıştığı zaman da kilonova denilen parlak bir patlamaya yol açar. Oysa nötron yıldızı kütlesi 10 km çapındaki bir kürede 2,6 Güneş kütlesini aşarsa nötron yıldızı çöküp kara deliğe dönüşecektir.
Kara deliklerle paralel evrenlere yolculuk yazısında anlattığım gibi aslında kara deliklerin içinde en az büyük patlama kadar şiddetli bir patlama gerçekleşir. Ancak, ışık ve madde dışarı kaçamaz ki aynısı çarpışan kara delikler için de geçerlidir. Bunlar birleşirken içinde olanlar görünmez. Sadece kara deliklerin kütlesini gösteren kütleçekim dalgaları uzaya yayılır. Kol kırılır, yen içinde kalır. Bununla birlikte kara deliklerin dolaylı yoldan ışık saçtığı 3 durum vardır:
- Gelgit etkisiyle yok oluş olayları.
- Yoldaş yıldızdan gaz çalan kara delik.
- Ve galaksi merkezlerindeki hiperaktif süper kütleli kara delikler (kuasarlar).
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Kara delikler nasıl ışık saçıyor?
1) Kara delik güçlü yerçekimiyle bir yıldızı parçalayıp yutar. Yıldız parçalanırken dev bir termonükleer bomba gibi patlar. Sarmallar çizerek kara deliğe düşen ve bu sırada kuyrukluyıldız gibi kuyruk üreten yıldızın kuyruğu (sadece isim benzerliği 😊) kara deliğe düşene dek yüksek sıcaklıkta ışık saçmaya devam eder.
2) Kara delik kendisine çok yakın dönen bir yıldızdan gaz çalar. Gazlar merkezkaç kuvvetinin etkisiyle kara delik çevresinde sarmallar çizerek döner ve yassılaşarak birikim diski oluşturur. Birikim diski kara deliğe düşerken parlar. Ayrıca kara deliklerin madde yutma hızı büyüklüğüyle sınırlıdır. Yutabileceğinden hızlı gaz çeken kara delik manyetik alanlar yardımıyla gaz fazlasını kutuplarından uzaya püskürtür. Bu tür gaz jetleri deniz feneri ışığına benzer ve ışıldak gibi görünür.
3) Galaktik merkezlerdeki en aktif süper kütleli kara delikler olan kuasarlar da gaz jeti püskürtür ama bunlar bulunduğu galaksiden trilyonlarca kat parlak olabilir. Sonuç olarak kara deliğe düşen yeterince büyük her şey Dünya’dan görülecek kadar parlak ışık saçar. Peki ya çarpışan kara delikler?
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Çarpışan kara delikler ve birikim diski
Bugüne dek birleşirken ışık saçan kara delik görmedik ama 21 Mayıs 2019’da her şey değişti. O gün LIGO üç çarpışma gözlemledi. İkisi nötron yıldızı çarpışması olabilirdi ama üçüncüsü yüzde 97 olasılıkla kara delik birleşmesiydi.
Üstelik ışık saçıyor ve ışık sinyalleri yüzde 90 olasılıkla göğün yaklaşık yüzde 2’si gibi çok dar bir alandan geliyordu. Bu da 12,81 milyar ışık yılı uzakta toplam 100 Güneş kütlesindeki bir birleşmeye işaret ediyordu. Yeni oluşan kara deliğin birleşmenin verdiği itişle saniyede 200 km hıza eriştiği görüldü. Ortaya çıkan ışık patlaması 1 ay içinde solarak kayboldu.
Buna ek olarak Palomar Gözlemevi’nin Geçici Gök Olayları Tesisi birleşmenin meydana geldiği bölgede şiddeti hızla artan bir manyetik alan patlaması tespit etti. Bilim insanları bütün bunları birleştirdiklerinde kara deliklerin aslında daha büyük bir birikim diskinin içinde çarpıştığını fark ettiler! Nasıl oluyor derseniz:
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Çarpışan kara delikler ve gaz patlaması
Evrende kara deliklerin güçlü yerçekiminden kaynaklanan yerçekimi sürtünmesi denilen bir olay vardır. Kara delikler uzayda oluştuktan sonra geçen milyarlarca yıllık sürede yerçekimiyle civar yıldızları yerinden iter ve bu sırada momentum kaybına uğrar. Böylece galaksinin merkezi çevresinde dönme hızları yavaşlar ve merkeze doğru çökmeye başlar. Galaksinin merkezi ise süper kütleli kara delikler yüzünden çok kalabalık ve sıkışıktır.
Astronomik açıdan bu dar alanda kara delikler gittikçe daha sık birleşmeye başlar ve sonunda merkezdeki en büyük kara deliğin dev birikim diski içine girer. Kısacası LIGO ve Fermi’nin gördüğü birleşme ışık saçtı; çünkü süper kütleli bir kara deliğin dev birikim diski içinde gerçekleşti. Birleşme sırasında hızlanan gaz akımları güçlü manyetik alanlar üretti. Bunlar da parçacık hızlandırıcısı gibi çalışarak çok parlak bir ışık yaydılar. Peki bunun astrofizik açısından önemi nedir?
İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu
Çoklu gözlem için çarpışan kara delikler
Bilim insanları LIGO’yu kara delik çarpışmalarından çok nötron yıldızı çarpışmaları için seviyor. Sonuçta nötron yıldızları hem ışık saçıyor hem de çarpışma sırasında uzaya kütleçekim dalgaları yayıyor. Işık kuantum fiziğine ve yerçekimi de görelilik teorisine tabii olduğuna, ayrıca bu ikisini birleştirmeyi başaramadığımıza göre hem ışık hem de kütleçekim sinyalleri yayan çarpışmalar çok değerlidir.
Bilim insanları nötron yıldızı çarpışmaları sayesinde genel göreliliği hiç olmadığı kadar kesin ölçümlerle test ediyorlar. Bu da geleceğin kuantum kütleçekim kuramını geliştirmek için onlara dolaylı yoldan yardımcı oluyor. Oysa bazı kara delik birleşmelerinin gaz diski içinde gerçekleştiği ve ışık saçtığını gördük. Kara delik birleşmeleri nötron yıldızı çarpışmalarından daha şiddetli olduğu için göreliliği daha kesin ölçmemizi sağlayacak. Böylelikle fizikteki eksikleri kapatma hızımız artacak.
Doğrusu kara deliklerin geleceği kelimesi kelimesine çok parlak görünüyor. 😊 Peki evrenin en aşırı üç kara deliği nedir? Onu da şimdi okuyabilir, CERN yanlışlıkla kara delik üretirse Dünya’ya ne olacağını öğrenebilir ve kara deliklerde uzayla zamanın nasıl yer değiştirdiğini zamanuzay yazısında görebilirsiniz. İstanbul’da havalar kapanırken her nerede iseniz Güneş’in tadını çıkararak okuyun.
Niye kaynakça bölümümüz yok?
Var. Yazının sonunda.